ของเล่นง่ายๆ ที่ประยุกต์เอาความรู้ทางวิทยาศาสตร์มาใช้ทำจรวดจากขวดน้ำ
ปัจจุบันได้รับความสนใจ นำมาพัฒนา ดัดแปลงให้มีรูปแบบแปลกใหม่ และมีประสิทธิภาพสูงขึ้น

 

 

หลักการและทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์

ปัจจัยอะไรบ้างที่ส่งผลต่อการพุ่งขึ้นของจรวดขวดน้ำ???

มีหลายปัจจัยที่มีผลต่อการพุ่งขึ้นของจรวดขวดน้ำ เช่น ความดัน ปริมาณน้ำที่เติม มุมยิง รูปทรง ฯลฯ

มุมปล่อยจรวดขวดน้ำ

กรณีปล่อยจรวดขวดน้ำด้วยมุม 90 องศา เป็นกรณีที่สามารถทดลอง หรืออาจจะเคยเห็นเหตุการณ์ในชีวิตประจำวัน เช่น เวลาโยนก้อนหินขึ้นไปเหนือศีรษะ ก้อนหินก็จะตกลงมาโดนหัว การปล่อยจรวดขวดน้ำแบบนี้ก็เหมือนกันมันจะตกลงมาจุดเดิมที่เราปล่อย

ปริมาณน้ำ

น้ำจะเป็นตัวช่วยชะลอเวลาอากาศที่อยู่ภายในขวดออกมาช้ากว่าปกติ ทั้งนี้เนื่องจากว่า น้ำมีมวลที่มากกว่าอากาศ ดังนั้นการเติมน้ำมาก-น้อยก็ล้วนส่งผลต่อการพุ่งขึ้นของจรวดขวดน้ำ การเติมน้ำควรเติมในปริมาณ 1 ใน 3 ของขวด

ความดัน

การเพิ่มความดันเข้าไปในขวดมากเท่าใดยิ่งส่งผลให้จรวดขวดน้ำพุ่งไปได้ไกลเท่านั้น แต่ทั้งนี้ต้องขึ้นอยู่กับขวดน้ำอัดลมที่ใช้ว่าสามารถทนแรงดันได้มาก-น้อย เท่าใด

WR-Newton's Law # 3

การพุ่งขึ้นของจรวดขวดน้ำด้วยทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์

หลายคนคงเคยเห็นว่า จรวดขวดน้ำพุ่งขึ้นไปในอากาศได้ แต่น้อยคนนักที่จะรู้ว่าเพราะเหตุใด มันจึงพุ่งขึ้นไปได้ทั้งๆที่มันไม่มีเครื่องยนต์ หรือมีการจุดระเบิดของเชื้อเพลิงแต่อย่างใด

เราสามารถอธิบายการพุ่งขึ้นไปของจรวดขวดน้ำได้ด้วยกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน ซึ่งคิดขึ้นโดยท่าน เซอร์ ไอแซค นิวตัน นักวิทยาศาสตร์ผู้ยิ่งใหญ่ชาวอังกฤษ

กฎข้อที่ 1 เรียกว่า “กฎของความเฉื่อย” กล่าวคือ วัตถุที่ไม่มีแรงภายนอกมากระทำ จะรักษาสภาพการเคลื่อนที่ของมันไว้ โดยเคลื่อนที่ไปทิศทางเดิม ด้วยความเร็วเท่าเดิม เช่น จรวดที่ติดที่ฐานปล่อยจรวดจะยังคงรักษาสภาพการหยุดนิ่งอย่างนั้น ตราบใดที่ยังไม่มีการจุดระเบิด หรือมีแรงอื่นมากระทำ

กฎข้อที่ 2 กล่าวว่า เมื่อมีแรงภายนอกมากระทำกับวัตถุ จะทำให้มันเคลื่อนที่ด้วยความเร่ง หรือมีการเปลี่ยนแปลงความเร็ว ซึ่งมีขนาดมาก หรือน้อยขึ้นอยู่กับแรงที่มากระทำ

ดังสมการ

F = ma

โดยที่ F คือ ขนาดของแรงภายนอกที่มากระทำต่อวัตถุ

m คือ มวลของวัตถุ

a คือ ความเร่งของวัตถุเนื่องจากแรงภายนอกที่มากระทำ

กฎข้อที่ 3 แรงกิริยาเท่ากับแรงปฏิกิริยา แต่มีทิศทางตรงข้าม กล่าวว่า ถ้าวัตถุ A ให้แรงจำนวนหนึ่งแก่วัตถุ B วัตถุ B ก็ให้แรงจำนวนที่เท่ากันกับที่ได้รับมาส่งกลับให้วัตถุ A เช่น ขณะที่จรวดผลักให้เชื้อเพลิงที่ถูกจุดระเบิดพุ่งลงไปด้านหลัง (แรงกริยา) เชื้อเพลิงที่ถูกจุดระเบิดจะผลักให้จรวดพุ่งขึ้นไปเช่นกัน (แรงปฏิกิริยา)

หลังจากที่เราอัดอากาศเข้าไปในขวด อากาศที่ถูกอัดอยู่ภายในจรวดขวดน้ำ จะทำหน้าที่เหมือนเป็นสปริงที่จะดันให้จรวดลอยสูงขึ้นไป และดันน้ำให้พุ่งออกทางปากขวด การที่เราเติมน้ำลงไปในจรวดขวดน้ำทั้งๆ ที่ดูเหมือนว่าเราอาศัยเพียงแรงผลักของอากาศทำให้จรวดขวดน้ำพุ่งขึ้นไปได้ เป็นเพราะในขณะที่อากาศผลักให้จรวดขวดน้ำพุ่งขึ้นไป จรวดขวดน้ำก็จะผลักให้อากาศพุ่งถอยหลังไปเช่นกัน (ตามกฎข้อที่ 3 ของนิวตัน) แต่มวลของจรวดมีมากกว่ามวลของอากาศมาก ทำให้อากาศมีความเร่งมากกว่าความเร่งของจรวดมาก (พิจารณาตามกฎข้อที่ 2 ของนิวตัน) ทำให้อากาศพุ่งออกไปจากจรวดขวดน้ำหมดก่อนที่จรวดขวดน้ำจะพุ่งขึ้นไปได้สูง น้ำที่เราเติมลงไปนั้น จะช่วยชะลอเวลาที่อากาศใช้ในการพุ่งออกจากจรวดขวดน้ำ เพราะจรวดขวดน้ำต้องผลักให้น้ำภายในจรวดขวดน้ำพุ่งออกไปด้วย ทำให้ความเร็วของจรวดสูงขึ้นกว่าตอนที่ไม่ได้เติมน้ำลงไปในจรวดขวดน้ำนี้

แต่ปริมาณน้ำที่เพิ่มมากขึ้นก็จะทำให้แรงผลักของอากาศลดลง และความดันภายในจรวดก็จะลดลงรวดเร็วมากขึ้น ดังนั้น เราจึงต้องมีอัตราส่วนของการเติมน้ำอย่างเหมาะสม เพื่อทำให้จรวดขวดน้ำพุ่งออกไปได้ไกลที่สุด

หมายเหตุ ปริมาณของลมที่อัดเข้าไปในขวดขึ้นอยู่กับปริมาณน้ำ ขนาดของขวด และจากการทดลองของ

แต่ละบุคคล

การประดิษฐ์จรวดขวดน้ำ

อุปกรณ์ที่ใช้

1. ขวดน้ำอัดลมพลาสติก 2 ขวด

2. เทปกาวแบบบาง

3. กระดาษ หรือแผ่นฟิวเจอร์บอร์ดสำหรับตกแต่ง

วิธีประดิษฐ์จรวดขวดน้ำ

1. เตรียมขวดน้ำอัดลม 2 ขวด

2. ใช้มีดคัตเตอร์ตัดขวดใบที่ 1 ตามภาพจะได้หัวจรวด และส่วนรองท้ายจรวด

ส่วนรองท้ายจรวด

หัวจรวด

3. ตัดแผ่นฟิวเจอร์บอร์ด ตามลักษณะที่ต้องการเพื่อติดเป็นครีบด้านข้างจรวด

4. นำส่วนประกอบต่าง ๆ ที่เตรียมไว้ตั้งแต่ ข้อ1 – ข้อ3 ไปติดเข้ากับขวดใบที่ 2 และพันด้วย

เทปกาว ดังรูป

ฐานยิงจรวดขวดน้ำแบบต่างๆ

B2

C3

C4

C5

C6

C7

C4.2

แบบมือถือ

D2

C8

C10

C12

หัวยิงออโตเซฟ

C8RW

C10RW

C16RW

C5

C12RW

C15 ทูอินวัน

C17RW

แหล่งข้อมูลเพิ่มเติม

องค์การพิพิธภัณฑ์วิทยาศาสตร์แห่งชาติ

http://www.nsm.or.th/index.php

http://www.nsm.or.th/modules.php?name=wtrk

จรวดขวด PET

http://funscience.gistda.or.th/thaiwaterrocket/waterrocket.html

โครงการพัฒนาอัจฉริยภาพทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีสำหรับเด็กและเยาวชน

http://www.nstda.or.th/hrd/jstp/index.html

โดย google

http://www.google.co.th/search?hl=th&q=%E0%B8%81%E0%B8%B2%E0%B8%A3%E0%B9%81%E0%B8%82%E0%B9%88%E0%B8%87%E0%B8%82%E0%B8%B1%E0%B8%99%E0%B8%88%E0%B8%A3%E0%B8%A7%E0%B8%94%E0%B8%82%E0%B8%A7%E0%B8%94%E0%B8%99%E0%B9%89%E0%B8%B3&btnG=%E0%B8%84%E0%B9%89%E0%B8%99%E0%B8%AB%E0%B8%B2&meta